Fertilizantes de liberação lenta de nitrogênio por nitração de turfa e xisto e por intercalação de uréia em argilominerais do grupo do caulim

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2007
Autor(a) principal: Fukamachi, Cristiane Regina Budziak
Orientador(a): Mangrich, Antonio Salvio, 1939-
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Quimica inorganica
Fertilizantes nitrogenados
Adubação
Nitrogênio na agricultura
Ureia como fertilizante
Adubos e fertilizantes
Química
Link de acesso: https://hdl.handle.net/1884/12076
Resumo: Orientador: Antonio Salvio Mangrich
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spelling Wypych, Fernando, 1959-Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em QuímicaMangrich, Antonio Salvio, 1939-Fukamachi, Cristiane Regina Budziak2024-11-21T19:18:18Z2024-11-21T19:18:18Z2007https://hdl.handle.net/1884/12076Orientador: Antonio Salvio MangrichCoorientador: Fernando WypychTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 2007Inclui bibliografiaÁrea de concentração: Química inorgânicaResumo: Os fertilizantes nitrogenados são os que apresentam as maiores perdas no solo, pela lixiviação de água de chuva ou de irrigação. Esta se dá principalmente na forma do íon NO3-, por sua fraca aderência às estruturas químicas do solo. Neste contexto, materiais menos solúveis em água, com o nitrogênio ligado quimicamente a estruturas de macromoléculas orgânicas, ou em compostos intercalados entre lamelas de argilominerais ou óxidos-hidróxidos metálicos lamelares, são importantes, dos pontos de vista econômico e ambiental. Estes materiais são conhecidos como fertilizantes de liberação lenta de nitrogênio. Na primeira parte desta tese preparou-se e caracterizou-se, macromoléculas orgânicas nitrogenadas, por nitração/oxidação de turfa e do sub-produto da industrialização do xisto, conhecido no processo industrial como xisto retortado (XR). A turfa foi utilizada somente para efeitos comparativos, pois se pretende propor o uso industrial somente do material derivado do XR. Técnicas de caracterizações, de ressonância paramagnética eletrônica (EPR), infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), ultravioleta - visível por refletância difusa (DRUV-Vis), Mössbauer, Fluorescência de Raios X (XRF), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e difração de raios X de pó (XRD), foram utilizadas para caracterizar os produtos preparados. Inicialmente se estudaram as condições mais adequadas para a oxidação/nitração de amostras de turfa e XR, por reação com ácido nítrico, em diferentes concentrações, temperaturas e tempos de reação, utilizando-se método de planejamento fatorial. Os melhores resultados obtidos com o XR levaram a produtos com quase o triplo do teor de nitrogênio, com relação ao produto original. Na segunda parte da tese estudou-se a intercalação de uréia, o fertilizante de nitrogênio mais utilizado na agricultura, porém muito sujeito a perda e contaminação ambiental, nas argilas do grupo do caulim, caulinita e haloisita. As intercalações foram feitas por reação mecanoquímica, tendo-se estudado a estabilidade dos produtos obtidos por degradação térmica, e por lixiviação com água e com soluções aquosas ácidas. Estudos de modificações e caracterizações da amostra que apresentou intercalação máxima (20 %, m/m), CKU7H, levaram à proposição do tipo de interações existente entre as moléculas de uréia intercaladas e a estrutura da caulinita: ligações hidrogênio entre átomos de H da estrutura da uréia (H2N-) e átomos de oxigênio da lamela (O-Si-) por um lado, e entre oxigênio dos grupos –C=O das moléculas de uréia e grupos HO-M (M = Fe, Al) da estrutura da caulinita, por outro lado. Utilizou-se íons Fe3+, impureza comum na caulinita, como ponta de prova espectroscópica (EPR e DRUV-VIS) para desenvolver nova metodologia de estudo de intercalação de moléculas análogas à da uréia, com argilas do grupo do caulim, e outras estruturas minerais lamelares, que possuam o íon Fe3+ como impureza. Nos testes de lixiviação dos produtos de intercalação da uréia com caulinita e haloisita, foram utilizadas a água destilada como referência, soluções aquosas de HCl como ácido forte, e solução aquosa de ácido cítrico para mimetizar os ácidos orgânicos fracos do solo. Frente aos testes de lixiviação os materiais apresentaram-se como meta-estáveis, o que convém aos fertilizantes de liberação lenta. Dando prosseguimento ao trabalho desenvolveu-se metodologia de síntese de resina uréia – formaldeído entre as lamelas da caulinita. O material obtido foi caracterizado, e se apresentou mais estável quanto a testes de lixiviação do que os materiais com apenas a uréia intercalada.Abstract: Nitrogen is the macronutrient of plants of higuer probability of loss in the soil as a consequence of lixiviation by rain and irrigation water. This happens mainly in the form of NO3-, as a result of its weak attachment to the soil chemical structures. In this context, materials less soluble in water, with N chemically bonded to organic macromolecule structures, N compounds trapped into clay minerals or metallic oxihydroxy lamelle, are important from the economical and environmental point of view, for agricultural using. Those materials are known as N slow release fertilizers. In the first part of this work we prepared and characterized nitrogen bearing organic macromolecules, by nitration/oxidation of turf and of the oil shale industrialization byproduct, retorted shale (RS). Turf was utilized only for comparative effects, as we intent to propose only the material derived from the RS for industrial use. As means of characterization of the prepared materials, the spectroscopic techniques: electron paramagnetic resonance (EPR); Fourier transform infrared (FTIR); diffuse reflectance ultraviolet–visible (DRUV-VIS); Mossbauer; X-ray fluorescence (XRF), and transmission electronic microscopy (TEM) and powder X-ray diffraction (XRD), were utilized. Initially, more adequate conditions for the nitration/oxidation of turf samples and retorted shale, by reaction with nitric acid, at different concentrations, temperatures and reaction times were studied, also using method of factorial planning. The best results obtained with the RS samples leading to products with almost three times the N content, related to the original material. It was proposed, to Petrobras, to require a patent (product and process) for the obtained material. In the second part of the thesis the urea was studied as a trapped material between the lamella of clay minerals of the kaolin group, kaolinite and haloisite. The intercalation was made by mechanochemical reaction. We studied the resultant products stability by thermal degradation and by lixiviation using water and aqueous acidic solutions. Studies of the sample with the maximum content of intercalated urea (20 %, m/m), CKU7H, lead to a proposition of the type of chemical interaction that would exist between urea molecules and the kaolinite structure: hydrogen bonding between H atoms from the urea structure (H2N-) and oxygen atoms of the kaolinite lamella (O-Si-), in one side, and between oxygen atoms from groups –C=O of the urea molecules and HO-M (M = Fe, Al) groups from the kaolinite structure, in the other side. So, Fe3+ions impurity of the kaolinite were used as spectroscopic probes (EPR e DRUV-VIS) to develop a new methodology for the study of the urea and formamide analogue molecules intercalation with clay minerals of the kaolin group, and others lamellar mineral structures which present Fe3+ ions as impurity. In the lixiviation tests of the intercalated products of urea into kaolinite and haloisite, water as reference and aqueous solutions of HCl, as a strong acid, and of citric acid, to simulate weak organic acids from soil, were used. In these tests the materials acted as metastables, which are good to be used as slow release fertilizers. Furthermore, a methodology for synthesis of the urea – formaldehyde polymer into the kaolinite lamellas was developed. The obtained material turned out to be more stable to the lixiviation tests than the one with only intercalated urea.xv, 117f. : il. algumas color., grafs., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalQuimica inorganicaFertilizantes nitrogenadosAdubaçãoNitrogênio na agriculturaUreia como fertilizanteAdubos e fertilizantesQuímicaFertilizantes de liberação lenta de nitrogênio por nitração de turfa e xisto e por intercalação de uréia em argilominerais do grupo do cauliminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALtese_cristiane budziak fukamachi.pdfapplication/pdf7328453https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/12076/1/tese_cristiane%20budziak%20fukamachi.pdf84fade35b1487816f67ffe18afc43c52MD51open accessTEXTtese_cristiane budziak fukamachi.pdf.txtExtracted Texttext/plain241906https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/12076/2/tese_cristiane%20budziak%20fukamachi.pdf.txt3738ae57984777d75238a485d3ed8c37MD52open accessTHUMBNAILtese_cristiane budziak fukamachi.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1254https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/12076/3/tese_cristiane%20budziak%20fukamachi.pdf.jpg961b6b5cacba0d6be8ea63f0064cc915MD53open access1884/120762024-11-21 16:18:18.786open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/12076Repositório InstitucionalPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestinformacaodigital@ufpr.bropendoar:3082024-11-21T19:18:18Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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